数控回转刀架直驱力矩电机驱动系统设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com数控回转刀架直驱力矩电机驱动系统设计DesignofnumericaIcontroIturretdirectdrivetorquemotordrivesystem杜迪，童亮，姚尚明，刘尚DUDi，TONGLiang，YAOShang．ming，LIUShang(北京信息科技大学机电工程学院，北京100081)摘要：对机床数控回转刀架用直驱力矩电机驱动系统的软硬件设计进行了研究。直驱永磁同步电机(PMSM)采用矢量控制策略，在MATLAB／simu¨nk环境下建立基于icl=O控制策略的位置、转速和电流三闭环永磁同步电机调速系统的仿真模型

2、，并进行仿真实验分析。以刀塔用0．75KW的三相永磁同步直驱力矩电机为研究对象，设计了基于位置传感器矢量控制算法的直驱力矩电机驱动器，通过硬件测试和软硬件整合完成直驱力矩电机驱动器样机的设计。测试结果证明该直驱力矩电机驱动系统软硬件设计合理，并且具有良好的动态性能，能够满足系统的设计要求。关键词：直驱力矩电机；矢量控制；驱动器；性能测试中图分类号；TM359．6文献标识码：A文章编号：1009—0134(2Ol5)12(下)一0116—05Doi：10．3969I／J．1ssn．1009-0134．2015．24．350引言在结构方面，电机与运动部件实现无传动环节的回在传

3、统的驱动系统中，电机和负载之间连接着减转运动，相比于传统的力矩电机节省了传动机构，很大速器或齿轮箱等传动机构进行伺服控制，此种方式增加程度上缩减了总体尺寸，节省了数控机床空间。在控制了系统的损耗，影响控制精度，而且增加了安装维护成方面，该回转刀架集成了运动机构、电机、运动控制三本Ⅲ。作为直驱技术的一个应用，直驱力矩电机能够克项技术，在控制系统设计时，综合平衡和优化了直驱力服上述缺点，具有控制精度高、运行效率高、机械结构矩电机的设计，相比于机械传动刀架具有更高的控制精简单、免维护、可靠性高、过载能力强、使用寿命长等度和更快的响应速度。该刀塔用直驱力矩电机参数如表优势。在直驱

4、式力矩伺服系统中，永磁同步力矩电机正1所示。逐步取代直流力矩电机和异步力矩电机，表现出优越的表1直驱力矩电机结构参数控制性能和更加广阔的应用前景。电机参数参数值【单位】额定功率(PN)0．75KW1直驱力矩电机数学模型及矢量控制相数(m)3额定线电压(UN1)220V1．1机床用数控回转刀架直驱力矩电机额定频率(f)33Hz伺服电机驱动系统的控制目标取决于控制对象的功极对数(pn)33能设计。该电机位于机床数控回转刀架后端，电机转子额定效率(nN)88％与主轴连接，直接带动刀盘转位。当电机转到指定刀位额定相电压(UN)127．02V后，发送脉冲信号，启动鼠牙盘等压紧装置固

5、定电机位额定相电流(IN)2．79A置，完成换刀动作。力矩电机直驱刀架结构如图1所示圆。额定转速(nN)6Orvm额定转矩(TN)120N·m永磁体宽度(bM)1．22cm永磁体厚度(hM)0．55cm电枢铁芯长(La)3．8cm1．2永磁同步电机的数学模型刀盘主轴力矩电机从电机本身的结构和工作原理来看，该力矩电机为图l力矩电机直驱刀架永磁同步电机。依据直流电机的控制思路，需要对电机收稿日期：2015-10-11基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275053)；北京市教委科研基地建设项(PXM2014_014224_000065)作者简介：杜迪(1989一)，女，安

6、徽宿州人，硕士研究生，研究方向为现代控制技术和汽车电控技术等。【1161第37卷第12期2015—12(下)学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com系统中，初始化程序分为主初始化子函数~I3FOC参数初始化两部分。主初始化子函数主要完成时钟设置和各个外设模块的初始化，FOC初始化完成各环路调节器参数的设定。当中断条件满足时，中断程序开始执行。直驱力矩电机的位置矢量控制在主中断程序中完成，通过将计算的位置误差经各环调节器调制最终输出六路脉冲波，改变逆变器的输出电压达到控制要求。3电机驱动系统性能测试实验首先

7、需要对设计的驱动器硬件电路部分进行调试，驱动板主要完成开关电源输出电压带载情况下性能测试以及相电流采样准确与否测试。控制板主要测试部分芯片是否正常供电。在此基础上设计直驱力矩电机的实验。3．1实验台搭建整个实验系统主要由直驱力矩电机、驱动器(驱动板、控制板两部分)、光电编码器、CAN卡、PC机等设备连接而成。驱动器性能测试主要是验证直驱力矩电机对给定位置信号的响应情况，需要观察转子位置变化I璺l8参考位置为30。时的位置、转速、转矩响应曲线情况、电机转速的变化趋势以及产生的电磁转矩是否符在图8(a)中，对比仿真同样可以看到直驱